EP2435262A1 - Radelektronik, fahrzeugrad und fahrzeug - Google Patents

Radelektronik, fahrzeugrad und fahrzeug

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EP2435262A1
EP2435262A1 EP10787486A EP10787486A EP2435262A1 EP 2435262 A1 EP2435262 A1 EP 2435262A1 EP 10787486 A EP10787486 A EP 10787486A EP 10787486 A EP10787486 A EP 10787486A EP 2435262 A1 EP2435262 A1 EP 2435262A1
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EP
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wheel
vehicle
sensor
vehicle wheel
tire
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Alexander Fink
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Continental Automotive GmbH
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Definitions

  • the present invention relates to a Radelektro ⁇ technology , a vehicle and a vehicle.
  • the tire pressure of a vehicle wheel is due to ver ⁇ different causes, for example, the ambient pressure of the wheel, temperature, age of the wheel, etc., certain changes. In this context, it has been found that incorrectly adjusted tire pressure is a significant factor in road traffic accidents. Since themoisi ⁇ safety and reliability of the key factors in the automotive sector are, must alone for safety
  • the present invention is based on the object to provide an improved wheel electronics.
  • a wheel electronic system for a tire information device which is arranged zeugs in a vehicle wheel of a vehicle in the installed state, comprising: a first sensor that is adapted to receive a measurement signal, having a first wheel-specific parameters ⁇ minimum, and an evaluation device, which is designed to determine from the measurement signal a current rotational position of the wheel at the time of measurement.
  • a vehicle wheel especially for a equipped with a Reifeninfor ⁇ mationsvorplatz vehicle comprising a Fel ⁇ ge and a tire, wherein the vehicle further comprises at least arranged in or on the vehicle OF INVENTION ⁇ dung modern wheel electronics.
  • a vehicle in particular a passenger vehicle, with a plurality of wheels and with a tire information device, wherein at least one wheel is equipped with a rad ⁇ electronics according to the invention.
  • the idea on which the present invention is based is to provide a sensor for determining wheel-specific parameters in the case of wheel electronics usable in or for a tire information device.
  • wheel electronics usable in or for a tire information device.
  • Such per se known sensors in wheel electronics are usually used to send information from measured rad ⁇ specific parameters via a transmitting device to a vehicle-side receiving device.
  • the wheel-specific parameters and measured values measured by the sensor are now additionally supplied to an evaluation device specially provided in the wheel electronics, where they are then evaluated.
  • the evaluation device By means of the evaluation device, the current rotational position of the vehicle wheel is then determined from the measured, first wheel-specific parameters.
  • the wheel electronics and provided in the rad ⁇ electronics first sensor are characterized in the Functionality extended. In particular, no longer merely cyclist parameters are now sent from ⁇ ⁇ by the wheel electronics. Rather, in addition or alternatively, information is obtained at what point in time the measurement of the radspecific parameters has taken place and / or at what point in time the transmission of the information containing
  • a transmitting device for transmitting an information signal.
  • This information signal can, for. B. contain information about the determined in the evaluation rotational position of the vehicle wheel. Additionally or alternatively, the information signal may also contain information about second radspe ⁇ -specific parameters. These second wheel-specific parameters can, for. As the current tire pressure, the tire tread, the tire temperature, a longitudinal acceleration of the wheel, a lateral acceleration of the wheel, etc. included. In addition, information may also be provided here which is used for wheel location, such as a frequency and / or amplitude modulation specific to the corresponding vehicle wheel, a serial number of the vehicle wheel contained in the transmitted information signal, and the like.
  • a control device which emits the information signal in egg ⁇ ner specifiable position of the vehicle wheel or a predetermined angular range of the vehicle wheel.
  • the outside ⁇ the information signal can z. B. time and rotation angle-based done.
  • the information signal does not necessarily have to be sent simultaneously or immediately following its determination. Rather, it is sometimes advantageous if the information signal to be sent out for a favorable time or angle range of the vehicle grade.
  • control device may also be advantageous for the control device to emit the information signal several times, for example 3 to 5 times, during one or more revolutions of the wheel.
  • the multiple emission can take place, for example, in statistically non-predefined times and rotational positions of the vehicle wheel. Due to the multiple off ⁇ send the information signal and the concomitant redundancy on the one hand and by the non-predetermined, statistically freely selected times of transmission to the other is additionally ensured that the information signal z. B. even more secure to the vehicle-side receiving device is sent.
  • the first sensor is designed as a position sensor or as a position switch. This first sensor is designed here to determine the current rotational position of a given point on the vehicle wheel on the basis of the detection of known reference ranges or reference points.
  • the first sensor may also be designed as a magnetically sensitive sensor.
  • a magnetically sensitive sensor is z.
  • the magnetically sensitive sensor is designed to determine the current rotational position of the vehicle wheel by measuring a known magnetic field.
  • This known magnetic field can be generated for example by a mounted on the body of the vehicle electromagnet or permanent magnet. Cally typical this magnet is at a known, fixed pre ⁇ given position on the body of the vehicle, example ⁇ as in the wheel attached.
  • the sensor can also be designed on the evaluation of the Earth's magnetic field to determine its Rota ⁇ tion position.
  • the first sensor is designed as a so-called inertial sensor.
  • An inertial sensor can, for. B. be an acceleration sensor or shock sensor.
  • the acceleration sensor it is possible lent to determine the actual rotational position of a predetermined point on the vehicle based on a determined speed through a ⁇ increase or decrease of the vehicle wheel Accelerat ⁇ nist.
  • a shock sensor can be used to determine the derivative of the acceleration thus determined and thus the current rotational position.
  • the first sensor is designed as a piezoelectric sensor.
  • the piezo sensor is configured to determine changes in the curvature of the tire of the vehicle wheel.
  • the piezoelectric sensor can be designed as a deformation sensor, bending sensor, compression sensor and / or strain sensor depending on which change it is to detect.
  • the evaluation device is designed to carry out a gravitational-based evaluation of the measurement signals.
  • the evaluation device can use a measured acceleration or the derivative of the measured acceleration for the gravitational-based evaluation.
  • the initial values of a scanning device which scans this measuring signal for the determination of samples of the analog present typically measured ⁇ signal.
  • the evaluation takes place in the evaluation then typically digital, z. B. based on the determined samples of the measurement signal.
  • a speed sensor which determines the current speed of the driving wheel ⁇ imaging or vehicle.
  • the scanning device is also designed to adaptively adapt the scanning time points. This is done adaptive adjustment of the sampling instants from ⁇ by scanning the Messsig ⁇ sound will be made dependent on the determined speed of the vehicle wheel.
  • the measuring signal is typically a measured value dependent on the vehicle speed and thus on the angular velocity of the vehicle wheel. By making an adaptive adjustment of the sampling time, these different speeds are taken into account.
  • a period of Messsig ⁇ nals which corresponds to a revolution of the vehicle wheel, always measured by constant, predetermined scans. This increases the precision of the scanning and thus the measurement, especially at very high angular velocities of the vehicle wheel.
  • the information about the current speed of the vehicle wheel or of the vehicle is determined on the vehicle side and transmitted via a vehicle-side transmitting device of the wheel electronics.
  • the wheel electronics would also have a wheel-side receiving device and evaluation, which can record and evaluate the signal transmitted on the vehicle, so as to determine the speed.
  • this is circuit and computationally expensive.
  • the evaluation device has a filter device for filtering and thus for smoothing the determined measurement signal.
  • a filter device with a constant, d. H. provided linear phase shift.
  • Such a filter device with a constant phase shift can preferably be designed as a Bessel filter. This embodiment of a filter facilitates the evaluation of the measured measurement signals, since it is known that the filtering is frequency-independent.
  • the evaluation device has a phase shifting device.
  • ⁇ special in connection with a filter device with a constant, linear phase shift, it is advantageously possible to make them undone again by means of the phase shifter and thus to compensate. This is done, for example, by simply calculating out the known constant phase shift until the measurement signal is again in the correct phase.
  • At least one second sensor is provided, which is designed to determine second wheel-specific parameters.
  • the first radspecific see parameters were WUR as already explained above ⁇ de determined parameters that were necessary for determining the current rotational position.
  • the second sensor it is now possible to additionally determine further wheel-specific parameters, such as the current tire pressure, the tire temperature, the tire profile, an acceleration of the vehicle wheel and the like, and in the form of an information signal from the wheel-side transmitting device to the vehicle-side receiving device send.
  • only a single sensor is provided, which combines the functionalities of the first and second sensor in itself. In particular, this is advantageous if z. B.
  • Such information has already been measured by the first sensor, which are not only required to determine the wheel position, but are also sent to the vehicle-side receiving device for further evaluation in the vehicle information device.
  • Such information can z.
  • As the acceleration of the vehicle wheel a gravitational information, the tire pressure and the like.
  • the wheel electronics may be attached to the wheel rim, for example.
  • the wheel electronics in the tire of the vehicle wheel is vulcanised fen or by means of a specially provided clamping means in the interior of the tire casing, for example in the area of the tread, a ⁇ is clamped. Conceivable would be to stick the sensor in the Laufflä ⁇ che of the tire casing. Alternatively, a container can be glued into the tread, in which then the sensor is introduced.
  • one or more of the rotational positions can be selected from the following group:
  • Latscheingang ie the entry of a predetermined point on the wheel circumference of the vehicle wheel in the Radaufs- tandsflache (the so-called Laces);
  • any other fixed vorge ⁇ bene rotation position is possible.
  • the wheel electronics could transmit the information signals to any desired rotational positions, but to transmit the information signals with information about the current rotational position of the vehicle wheel in which the information is currently being transmitted. This does not require the recognition of a dedicated wheel position, but the continuous determination of the current rotational position.
  • 1A, 1B is a schematic representation of a vehicle according to the invention or a erfindungsge ⁇ MAESS wheel electronics;
  • Fig. IC diagram a preferred embodiment of an inventive he ⁇ wheel electronics in block circuit
  • Fig. 2 different rotational positions of a pre ⁇ given point, z. B. the wheel electronics, on a vehicle wheel;
  • Fig. 3 shows the course of a measurement signal on a
  • FIGS. 4A, 4B schematically show the course of an acceleration sensor with reference to different rotational ones
  • FIGS. 5A, 5B show the speed and acceleration as a function of time for a rim-based wheel electronics according to FIG. Fig. 6 is a complete oscillation of one of
  • FIGS. 7A, 7B show an under- or undersampling of one of a
  • FIGS. 7C, 7D show an adaptive scan in the case of the signals from FIGS. 7A, B;
  • FIGS. 8A-8C show various filter phase-induced phase shifts in a measurement signal
  • FIGS. 9A, 9B show by way of example the behavior of a Bessel filter on the measurement signal picked up by an acceleration sensor as a function of time
  • Acceleration sensor recorded acceleration signals depending on the time with Abtas ⁇ tion and filtering
  • Fig. 11 shows the course of the field strengths of the four
  • FIG. 12 shows the division of a signal emitted by a wheel electronics signal into a plurality of frames, which form a total of a burst.
  • FIG. 1 shows a schematic representation of a vehicle equipped with a tire pressure monitoring device.
  • the vehicle designated here by reference numeral 10 has four wheels 11.
  • Each wheel 11 is a wheel electronics 12 zugeord ⁇ net.
  • Vehicle side, each of the wheel electronics is associated with a transmitting / receiving unit 13 12, the wells its associated wheel electronics 12 is, for example, with the ever ⁇ in communicative connection.
  • the wheel electronics 12 and transmitter / receiver units 13 are part of a total Rei ⁇ feninformationsvortechnisch, which also has a central control unit fourteenth
  • This control unit 14 also has a program-controlled device 15, for example a microcontroller or microprocessor, and a memory device 16, for example a ROM or DRAM.
  • a program-controlled device 15 for example a microcontroller or microprocessor
  • a memory device 16 for example a ROM or DRAM.
  • Vehicle 10 also has a driver information system 17.
  • FIGS. 1A, 1B show schematic representations of a vehicle wheel according to the invention or of a vehicle according to the invention
  • Wheel electronics, as z. B. can be used in the vehicle of FIG. 1.
  • the vehicle wheel 11 shown in Fig. 1A has a rim 20 on which a wheel tire 21 is applied in a known manner.
  • the wheel electronics 12 can now be mounted directly on the rim 20, for example in the region of the valve.
  • the wheel electronics 12 it would also be conceivable for the wheel electronics 12 to be mounted in the region of the running surface in the interior of the wheel tire 21, for example using a clamping device.
  • the wheel electronics 12 is vulcanized in the rubber material of the wheel tire 21.
  • the wheel electronics 12 shown in Fig. 1B has in one
  • This measurement signal XI is fed to an evaluation device 23, which is designed ⁇ to determine from the measurement signal XI a current rotation Posi ⁇ tion of this wheel electronics 12 with respect to the associated vehicle wheel 11.
  • the evaluation device 12 provides on the output side an information signal X2, which contains information about the transmitted rotational position of the vehicle wheel 11 and possibly of other wheel-specific parameters.
  • Fig. IC a preferred embodiment of an inventive wheel electronics ⁇ he is 12.
  • the evaluating device 23 is here further comprises a controller 24 and a transmitting device 25 are provided.
  • the control device 24 receives the information signal X2 generated by the evaluation device 23 and, depending on this, activates the transmission device 25 with a control signal X3.
  • the control means may set 24 depending on the information signal X2, at which times the transmitting device to ⁇ 25 send the information signal X2 or one of them off initiated signal.
  • the transmission signal emitted by the transmitting device 25 is denoted here by X4.
  • the wheel electronics 12 has here, in addition to the first sensor 22, at least one second sensor 29, the second radspezifi- see parameters, such as the tire pressure or the tire temperature, determined and the evaluation device 23 depending on a further information signal X5 supplies.
  • the evaluation device 23 preferably has a scanning device 26, a filter 27 and a phase shifting device 28.
  • the scanning device 26 scans the analog information signal X2, X5 generated by the first sensor 22 or second sensor 29.
  • Via the filter means 27 is the information signal X2, X5 filtered before or after the sampling and striking direction in the Phasenverschie- 28 is an optionally compensated 27 phase shift produced over the filter means or the at least redu ⁇ sheet.
  • FIG. 2 shows some special positions 30 with reference to the road surface 31 on which the vehicle wheel 11 rests.
  • an upper position a, a Latscheingang b, a Latschausgang c, a Latschmitte or lowermost position d, a 3 o'clock position e or a 9 o'clock position f may be provided.
  • a Radorientie ⁇ tion or predetermined wheel position can not be determined if, for example, strongly noisy signals are present. This happens, for example, when a road on which the vehicle is traveling has severe bumps. If no orientation or wheel position can be detected or a time overrun ⁇ tion occurs during recognition, this should be determined in the wheel electronics. In this case, a radio telegram is usually still sent to send current information about the tire, such as the tire pressure to the control unit for monitoring.
  • the wheel electronic system an indication in the message or in the broadcast signal (X4), that it is a non-orienteering related emission This is conventional ⁇ , by setting a bit to 1 or 0 in the telegram of the transmission signal (X4) implemented. This bit is also known as a synchronization flag.
  • the function and operation of the wheel ⁇ electronics and the sensor contained therein is described below:
  • a synchronization flag is set to 1. Otherwise, the synchronization flag is set ge ⁇ to 0.
  • the wheel electronics 12 determines their rotational position 30 based on their location in the wheel arch. So z. Eg a mag- net be mounted in each wheel arch. When the tire electronics 12 comes close to the magnet, this can be detected, e.g. B. via a Hall sensor, reed switch or the like. This gives a fixed reference position for the sensor. Alternatively, perhaps a part already present in the wheel well could be detected, such as. B. the damper.
  • the wheel electronics 12 determines its rotational position 30 by means of a special position sensor or a position ⁇ switch.
  • Position sensors also position control sensors
  • the z. B. be achieved by means of acceleration or shock sensors.
  • An acceleration sensor is a sensor or sensor that measures the acceleration by determining the inertial force acting on a test mass (eg, the vehicle wheel or the rim).
  • z. B. determine whether an increase or decrease in speed takes place.
  • the Be ⁇ admirungssensor belongs to the group of inertial sensors. Such inertial sensors are used to measure linear acceleration forces and rotational forces.
  • piezosensors can also be used which measure changes in the curvature of the tire.
  • either pressure-sensitive piezosensors can be used or piezosensors that detect a deformation of the piezo stack, for example, a bend, extension, compression, etc.
  • Piezosensors have the additional advantage that their output voltage can be used as a trigger signal for the control device of the wheel electronics 12. As a result, an active continuous polling of the sensor 22 is not necessary, which prevents high energy consumption. This is beneficial because the inside of the
  • Wheel electronics provided sensors need a self-sufficient power supply, eg. As a battery, an accumulator, an energy generator or the like. It is particularly advantageous if a z. B. for pressure measurement for the lat position anyway provided piezoelectric sensor is used in addition to the power supply of the tire electronics.
  • FIG. 3 shows the course of a signal recorded by a piezoelectric sensor mounted in the vehicle wheel. This measures the deformation of the tire on the inside of its tread. The peaks in the recorded measurement signals identify the lathe or output of the sensor. These positions can be determined by means of a peak detection. This is z. B. by means of a simple Schwellenüberwa ⁇ chung or a minimum or maximum detection possible.
  • FIGS. 4A, 4B schematically show the course of the measured acceleration A of an acceleration sensor mounted on the tread surface in the tire, depending on the Rotati ⁇ onswinkel of the vehicle wheel a. It can be seen strong peaks in ge ⁇ measured signal when the sensor enters into the contact area (position b) and exits (position c), ie at 240 ° and 300 °. Thus, here too, these positions b, c can be determined as follows.
  • Evaluation of the longitudinal acceleration (acceleration / deceleration) of the vehicle with an acceleration or shock sensor in the tire electronics For example, the topmost position a, the lowest position d, the 3 o'clock or 9 o'clock positions e, f can be detected. However, the accelerations occurring are usually small and occur only depending on the driving situation. Evaluation of the projection of the gravity vector on ei ⁇ NEN acceleration or shock sensor in the tire electronics: According to the analysis of the resulting sine wave (maximum search, minimum search, zero crossing search) can be, for. B. the top or bottom position a, d and the 3 o'clock or 9 o'clock position e, f are determined. These accelerations occur with each rotation and are therefore easy to use.
  • Fig. 5 shows a sensor for a rim-based Radelektro ⁇ nik, but can also be used for tire-based wheel electronics. It can be seen that the velocity V causes a large DC component of the acceleration signal A (see FIGS. 5A, 5B) and that an oscillation having the amplitude of approximately 1 g is modulated onto the acceleration signal (FIG. 5B). It can also be seen that the frequency of the vibrations also depends on the vehicle speed. The greater the vehicle speed, the greater the Umcoolsfre acid sequence of the wheel and the smaller the round trip time for one revolution. Based on the position within these vibrations, the rotational position of the sensor can be read off. For this purpose, various methods are described below.
  • an acceleration sensor can also be
  • Shock sensor can be used. It does not measure the acceleration but its derivative. In a shock sensor, as compared to the curve in FIG. 5B, the derivative curve would produce a midrange-free oscillation but also have varying periods of oscillation. The period is identical to the period of the acceleration sensor measured NEN signal. Accordingly defined Po ⁇ sitions of the shock sensor signal can then be determined. In contrast to the acceleration sensor, no absolute statement about the value of the acceleration is made.
  • FIG. 6 shows a complete oscillation of a measurement signal recorded by a acceleration sensor.
  • the recorded oscillation must be evaluated.
  • the positions shown in FIG. 2 follow the following locations of the vibration of the acceleration sensor.
  • Position d in Fig. 6 is z. B. defined as a local maximum, position a as loka ⁇ les minimum and the positions e and f are characterized as rising or falling zero crossings of the oscillation.
  • These locations can be specified by sampling and evaluating the acceleration values of the curve.
  • ⁇ when it is necessary that the curve is sampled often enough to accurately reproduce the desired position enough.
  • Fig. 7 shows a typical scanning scenario. The oscillation can be resolved with sufficient accuracy if a period of approximately 10-30 values is sampled. Figs. 7A, 7B show how the period of the oscillation of the
  • the sampling time is defined.
  • the exhaust sampling time is determined by the absolute value of Accelerati ⁇ supply value (plus centrifugal component modulated oscillations ⁇ supply) is evaluated.
  • the centrifugal component as well as the period of oscillation depends on the Rotationsgeschwindig ⁇ ness of the vehicle wheel. If the absolute values of the acceleration are not available, because z. B. a shock sensor is used, it is possible to determine the period of the vibration in a first step, for. B. by zero crossing search, and then based on the sampling set festzu ⁇ .
  • the two methods assume that the periods of the oscillation do not change abruptly, but vary only slightly during a few wheel revolutions.
  • the position detection, z As the detection of the maximum vibration, is based on the samples as shown in Figs. 7-7D, well possible. It is also possible to use simple algorithms for maximum search, minimum search or zero-crossing search. In reality, however, are measuring signals where noise is superimposed so that prior to sampling and evaluation from ⁇ a filtering of the measurement signal is necessary.
  • FIG. 8 shows a measured signal superimposed with a noise signal.
  • the dashed line shows the underlying ana ⁇ loge, designed as a sine signal measurement signal.
  • the sample ⁇ dots in Fig. 8 include the superimposed noise.
  • the filtering of the measurement signal causes a smoothing, which allows an evaluation and thus a recognition of the desired rotational position again. However, the filtering has the most undesirable side effect of a phase shift.
  • FIG. 8A by means of a sine oscillation (without noise). It can be seen in FIG. 8A that the amplitude of the oscillation is influenced by the filtering by delaying and thus shifting the oscillation.
  • the angular offset is much higher. This is due to the fact that the phase offset is dependent on the oscillation frequency. Theoretically, it would be for a detection algorithm possible the respective phase shift - on the aktuel ⁇ len frequency based - to determine and compensate. However, this requires the exact knowledge of the vibration frequency and is computationally expensive, which comes at the expense of energy resources.
  • the input signal could be filtered twice, once forward in time and then backwards in time using the same filter.
  • the phase shift that one wins through the first filtering is given by the second Filtering eliminated so that the final output signal has no phase shift.
  • the input signal and the intermediate result must first be stored, in order then to be able to filter it backwards in time. This requires additional storage space and also leads to the fact that one can detect the position to be detected only after a long ⁇ ren processing time. That is, an evaluation of a recorded measurement signal of the wheel electronics in real time for passing through the position to be detected is hardly feasible.
  • the double filtering also doubles the effective order of the filter.
  • FIGS. 9A and 9B show by way of example the behavior of a Bessel filter. The course is characterized in such a way that the time difference z. B. the maxima of the input signal and the maxima of the filtered signal are approximately equal.
  • phase shifting can be solved most elegantly by using an adaptive sampling time and filtering the sampled signal on a sample-by-sample basis (see FIGS. 10A, 10B).
  • FIGS. 10A, 10B the dependence of urs ⁇ prün réelle time vector is eliminated.
  • Fig. 10A, 10B it can be seen that the filtered signal to the original measurement signal ⁇ cuts in both cases at the same location, which does not close in time to a constant delay in phase (ie, the angle) and. If z. For example, if the maximum of the filtered signal is detected, it is in the same phase of the input signal in FIGS. 10A and 10B.
  • the delay in the form of a constant Phase - regardless of the speed or oscillation frequency - has the advantage that a detection of the rotational position is simply shifted by a constant angular position. As it arrives at the location method not the absolute positions, but only relative relationships, this property is very beneficial and an on ⁇ adaptation of the algorithm is not necessary.
  • black spots are angular positions of the vehicle wheel, at which a reception of a complete transmission signal (the so-called telegram) from the vehicle-side receiver difficult or impossible. This is due to the fact that the radio link between the vehicle and the body of the vehicle z. B. is affected by body parts, such as the wheel well.
  • FIG. 11 shows the profile of the field strengths E of the signals received by the wheel electronics of the four wheels. It can be seen that the field strengths E strongly depend on the wheel angle positions a. If now z. If, for example, the necessary threshold for correctly receiving a transmission signal is around 85 dBm, the signal transmitted by the wheel electronics of the front left wheel can not be received at a position of approximately 190 °. However, if just always at this position or z. B. at 180 ° (the wheel continues to rotate during transmission) should be sent, a reception of this transmission ⁇ signal would not be possible. Therefore, it is sometimes advantageous not always emit at the same rotational position transmission signals, but z. B. an arbitrary, statically distributed delay with strig ⁇ build.
  • the waiting time can be either time-based or angle-based be, z. B. depending on what is better to implement in the wheel electronics from the flow of the algorithm ago. So ent ⁇ speaks z. B. an equal number of sampling intervals at an adaptive sampling time in good approximation of an angle-based delay. When choosing delay times, it makes sense to use a given set of values, which are either sequentially scanned or randomly selected from the emissions. Thus, it is possible to distribute the transmission of Sig ⁇ signals statistically evenly over the entire 360 ° of a vehicle wheel.
  • FIG. 12 shows how three frames 40 of the duration T 1 form a so-called burst 41 of the duration T 2 of a transmitted measurement signal.
  • the tire pressure can known procedural reindeer, for example, directly measuring tire pressure investigative ⁇ systems can be used.
  • Direct measurement systems determine for example by means of a suitable pressure sensor directly to the pressure prevailing in the Rei ⁇ fen tire pressure.
  • Indirect measuring systems determine, for example, the lateral or longitudinal acceleration of a tire and derive the tire pressure therefrom.
  • the tire pressure can also be determined by evaluating the speed or vibration characteristics of the vehicle wheels.
  • the present invention is not limited to a notwendi ⁇ gate used in a car Reifeninformati ⁇ onsvorraum. Rather, the invention in any vehicles, such as trucks, Mo ⁇ torssel, buses, trailers of vehicles and the like, also use advantageous.
  • the design of the tire information device in particular with regard to the number of wheel electronics used, transmitting / receiving devices, the configuration of the program-controlled device and the wheel electronics, type of communication between wheel electronics and vehicle-side transmitting / receiving device, etc., can be varied.

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Radelektronik für eine Reifeninformationsvorrichtung, die im eingebauten Zustand in einem Fahrzeugrad eines Fahrzeugs angeordnet ist, mit einem ersten Sensor, der dazu ausgelegt ist, ein Messsignal aufzunehmen, welches zumindest einen ersten radspezifischen Parameter aufweist, und einer Auswerteeinrichtung, die dazu ausgelegt ist, aus dem Messsignal eine aktuelle Rotationsposition des Fahrzeugrades zum Zeitpunkt der Messung zu ermitteln.

Description

Beschreibung
Radelektronik, Fahrzeugrad und Fahrzeug Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Radelektro¬ nik, ein Fahrzeugrad und ein Fahrzeug.
Der Reifendruck eines Fahrzeugrades unterliegt aufgrund ver¬ schiedenster Ursachen, zum Beispiel dem Umgebungsdruck des Rades, Temperatur, Alter des Rades, etc., bestimmten Änderungen. In diesem Zusammenhang wurde festgestellt, dass ein falsch eingestellter Reifendruck einen wesentlichen Faktor bei Unfällen im Straßenverkehr darstellt. Da die Fahrzeugsi¬ cherheit und Zuverlässigkeit zentrale Faktoren im Automobil- bereich sind, muss allein schon aus sicherheitstechnischen
Gründen der Reifendruck regelmäßig überprüft werden. Studien haben aber gezeigt, dass nur wenige Fahrer eines Fahrzeugs den Reifendruck regelmäßig prüfen. Moderne Kraftfahrzeuge weisen unter anderem aus diesen Gründen Reifeninformationsvorrichtungen auf. Diese Reifeninformationsvorrichtungen weisen im Fahrzeugrad verbaute Radelekt¬ roniken auf, die radspezifische Messwerte verschiedener Mess¬ größen (z.B. Reifendruck, Reifentemperatur, Radlast, etc.) messen und davon abgeleitete Informationen an eine fahrzeug- seitige Empfangsrichtung senden. Die Radelektronik kann auch zur Radlokalisation eingesetzt werden.
Der vorliegenden Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, eine verbesserte Radelektronik bereitzustellen.
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe mittels einer Radelektro¬ nik mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 und/oder mittels eines Fahrzeugrades mit den Merkmalen des Patentanspruchs 14 und/oder mittels eines Fahrzeugs mit den Merkmalen des Pa¬ tentanspruchs 15 gelöst. Demgemäß ist vorgesehen:
Eine Radelektronik für eine Reifeninformationsvorrichtung, die im eingebauten Zustand in einem Fahrzeugrad eines Fahr- zeugs angeordnet ist, enthaltend: einen ersten Sensor, der dazu ausgelegt ist, ein Messsignal aufzunehmen, welches zu¬ mindest einen ersten radspezifischen Parameter aufweist, und eine Auswerteeinrichtung, die dazu ausgelegt ist, aus dem Messsignal eine aktuelle Rotationsposition des Rades zum Zeitpunkt der Messung zu ermitteln.
Ein Fahrzeugrad, insbesondere für ein mit einer Reifeninfor¬ mationsvorrichtung ausgestattetes Fahrzeug, welches eine Fel¬ ge und einen Reifen aufweist, wobei das Fahrzeugrad ferner mindestens eine im oder an dem Fahrzeugrad angeordnete erfin¬ dungsgemäße Radelektronik aufweist.
Ein Fahrzeug, insbesondere ein Personenkraftfahrzeug, mit mehreren Rädern und mit einer Reifeninformationsvorrichtung, wobei mindestens ein Rad mit einer erfindungsgemäßen Rad¬ elektronik ausgestattet ist.
Die der vorliegenden Erfindung zugrunde liegende Idee besteht darin, bei einer Radelektronik, wie sie in oder für eine Rei- feninformationsvorrichtung verwendbar ist, einen Sensor zur Ermittlung radspezifischer Parameter bereitzustellen. Solche an sich bekannten Sensoren bei Radelektroniken werden üblicherweise dazu verwendet, Informationen aus gemessenen rad¬ spezifischen Parametern über eine Sendeeinrichtung an eine fahrzeugseitige Empfangseinrichtung zu senden. Bei der vorliegenden Erfindung werden die von dem Sensor gemessenen radspezifischen Parameter und Messwerte nun zusätzlich einer eigens in der Radelektronik vorgesehenen Auswerteeinrichtung zugeführt, wo sie dann ausgewertet werden. Mittels der Aus- Werteeinrichtung wird dann aus den gemessenen, ersten radspezifischen Parametern die aktuelle Rotationsposition des Fahrzeugrades bestimmt. Die Radelektronik sowie der in der Rad¬ elektronik vorgesehene erste Sensor werden dadurch in der Funktionalität erweitert. Insbesondere werden durch die Rad¬ elektronik nun nicht mehr bloß radspezifische Parameter aus¬ gesendet. Vielmehr wird zusätzlich oder alternativ auch eine Information gewonnen, zu welchem Zeitpunkt die Messung der radspezifischen Parameter erfolgt ist und/oder zu welchem Zeitpunkt das Aussenden der die radspezifischen Parameter enthaltenden Informationen erfolgen soll.
Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfin- dung ergeben sich aus den weiteren Unteransprüchen in Zusammenschau mit den Figuren der Zeichnung.
In einer bevorzugten Ausgestaltung ist eine Sendeeinrichtung zur Aussendung eines Informationssignals vorgesehen. Dieses Informationssignal kann z. B. eine Information über die in der Auswerteeinrichtung ermittelte Rotationsposition des Fahrzeugrades enthalten. Zusätzlich oder alternativ kann das Informationssignal auch eine Information über zweite radspe¬ zifische Parameter enthalten. Diese zweiten radspezifischen Parameter können z. B. den aktuellen Reifendruck, das Reifenprofil, die Reifentemperatur, eine Längsbeschleunigung des Rades, eine Querbeschleunigung des Rades, etc. enthalten. Darüber hinaus können hier auch Informationen vorgesehen sein, die zur Radlokalisation verwendet werden, wie etwa eine für das entsprechende Fahrzeugrad spezifische Frequenz- und/oder Amplitudenmodulation, eine in dem gesendeten Informationssignal enthaltene Seriennummer des Fahrzeugrades und dergleichen . In einer weiterhin bevorzugten Ausgestaltung ist eine Steuervorrichtung vorgesehen, welches das Informationssignal in ei¬ ner vorgebbaren Position des Fahrzeugrades oder einem vorgebbaren Winkelbereich des Fahrzeugrades aussendet. Das Aussen¬ den des Informationssignals kann z. B. zeit- und rotations- winkel-basiert erfolgen. Dabei muss nicht notwendigerweise das Informationssignal gleichzeitig oder unmittelbar im An- schluss an dessen Ermittlung gesendet werden. Vielmehr ist es bisweilen auch vorteilhaft, wenn das Informationssignal zu einem für das Aussenden günstigen Zeitpunkt oder Winkelbereich des Fahrzeuggrades ausgesendet werden. Besonders vor¬ teilhaft ist es, wenn das Informationssignal auf diese Weise in einem Bereich ausgesendet wird, bei dem dessen fahrzeug- seifiger Empfang sichergestellt ist und bei dem beispielswei¬ se das Fahrzeugrad und damit die darin vorgesehene Radelekt¬ ronik nicht durch fahrzeugseitige Aufbauten, wie etwa dem Radkasten oder anderen Karosserieteilen, abgeschattet wird, was einen fahrzeugseitigen Empfang erschweren oder ggf. sogar verhindern würde. Indem die exakte Rotationsposition unmittelbar in der Radelektronik ermittelt wurde und damit bekannt ist, lässt sich durch das gezielte Aussenden der Informati¬ onssignale einerseits die Kommunikation zu der fahrzeugseiti¬ gen Empfangseinrichtung, insbesondere was die Qualität der Kommunikationsverbindung angeht, verbessern. Darüber hinaus lässt sich auf diese Weise auch radelektronikseitig Energie sparen, da die Radelektronik die gesendeten Informationssignale gewissermaßen nicht mehr "planlos" an die fahrzeugseiti¬ ge Empfangseinrichtung senden muss. Insbesondere kann hier sogar auf ein mehrfaches redundantes Senden oder ein energie- aufwändiges Sendeempfangsprotokoll verzichtet werden. Alter¬ nativ könnte die Sendesignale bewusst auf alle Winkelbereiche zwischen 0° und 360° zu verteilen, z.B. durch Hinzufügen einer willkürlichen Wartezeit, so dass sichergestellt wird, dass zumindest ein bestimmter Anteil der gesendeten Sendesig¬ nale fahrzeugseitig auch empfangen werden.
Daneben kann es auch vorteilhaft sein, wenn die Steuereinrichtung das Informationssignal während einer oder mehrerer Umdrehungen des Rades mehrfach, beispielsweise 3 bis 5 mal, aussenden. Das mehrfache Aussenden kann beispielsweise in statistisch nicht vorgegebenen Zeitpunkten und Rotationspositionen des Fahrzeugrades erfolgen. Durch das mehrfache Aus¬ senden des Informationssignals und die damit einhergehende Redundanz zum Einen und durch die nicht vorgegebenen, statistisch frei gewählten Zeitpunkte des Aussendens zum Anderen wird zusätzlich gewährleistet, dass das Informationssignal z. B. noch sicherer zu der fahrzeugseitigen Empfangseinrichtung gesendet wird.
In einer bevorzugten Ausgestaltung ist der erste Sensor als Lagesensor oder als Lageschalter ausgebildet. Dieser erste Sensor ist hier dazu ausgelegt, anhand der Detektion von be¬ kannten Referenzbereichen oder Referenzpunkten die aktuelle Rotationsposition eines vorgegebenen Punktes am Fahrzeugrad zu bestimmen.
In einer dazu alternativen Ausgestaltung kann der erste Sensor auch als magnetisch-sensitiver Sensor ausgebildet sein. Ein solcher magnetisch-sensitiver Sensor ist z. B. ein Hallsensor oder ein Reed-Schalter . Der magnetisch-sensitiver Sen- sor ist dazu ausgelegt, die aktuelle Rotationsposition des Fahrzeugrades durch Messung eines bekannten Magnetfeldes zu bestimmen. Dieses bekannte Magnetfeld kann beispielsweise durch einen an der Karosserie des Fahrzeugs angebrachten Elektromagneten oder Permanentmagneten erzeugt werden. Typi- scherweise ist dieser Magnet an einer bekannten, fest vorge¬ gebenen Position an der Karosserie des Fahrzeuges, beispiels¬ weise im Radkasten, angebracht. Der Sensor kann auch auf die Auswertung des Erdmagnetfelds ausgelegt sein, um seine Rota¬ tionsposition zu ermitteln.
In einer dazu alternativen Ausgestaltung ist der erste Sensor als ein so genannter Inertialsensor ausgebildet. Ein Iner- tialsensor kann z. B. ein Beschleunigungssensor oder Schocksensor sein. Mittels des Beschleunigungssensors ist es mög- lieh, die aktuelle Rotationsposition eines vorgegebenen Punktes am Fahrzeugrad anhand einer durch eine Geschwindigkeits¬ zunahme oder Abnahme des Fahrzeugrades ermittelten Beschleu¬ nigung zu bestimmen. Über einen Schocksensor lässt sich die Ableitung der so ermittelten Beschleunigung und damit die ak- tuelle Rotationsposition bestimmen.
In einer besonders bevorzugten Ausgestaltung ist der erste Sensor als Piezosensor ausgebildet ist. Der Piezosensor ist dazu ausgebildet, Veränderungen der Krümmung des Reifens des Fahrzeugrades zu bestimmen. Der Piezosensor kann dabei je nach dem welche Veränderung er detektieren soll, als Verformungssensor, Biegesensor, Stauchungssensor und/oder Dehnungs- sensor ausgebildet sein.
In einer bevorzugten Ausgestaltung ist die Auswerteeinrichtung dazu ausgebildet, eine gravitations-basierte Auswertung der Messsignale vorzunehmen. Insbesondere kann die Auswerte- einrichtung eine gemessene Beschleunigung oder die Ableitung der gemessenen Beschleunigung für die gravitations-basierte Auswertung heranziehen.
In einer ebenfalls bevorzugten Ausgestaltung weist die Aus- Werteeinrichtung eine Abtasteinrichtung, die zur Ermittlung von Abtastwerten des typischerweise analog vorliegenden Mess¬ signals dieses Messsignal abtastet. Die Auswertung erfolgt in der Auswerteeinrichtung dann typischerweise digital, z. B. anhand der ermittelten Abtastwerte des Messsignals.
In einer bevorzugten Ausgestaltung ist ein Geschwindigkeitssensor vorgesehen, der die aktuelle Geschwindigkeit des Fahr¬ zeugrades oder des Fahrzeugs ermittelt. Die Abtasteinrichtung ist ferner dazu ausgebildet, eine adaptive Anpassung der Ab- tastZeitpunkte vorzunehmen. Diese adaptive Anpassung der Ab¬ tastzeitpunkte erfolgt, indem abhängig von der ermittelten Geschwindigkeit des Fahrzeugrades ein Abtasten des Messsig¬ nals vorgenommen wird. Das Messsignal ist typischerweise ein von der Fahrzeuggeschwindigkeit und damit von der Winkelge- schwindigkeit des Fahrzeugrades abhängiger Messwert. Indem nun eine adaptive Anpassung der Abtastzeit vorgenommen wird, wird diesen unterschiedlichen Geschwindigkeiten Rechnung getragen. Damit wird beispielsweise eine Periode des Messsig¬ nals, welches einer Umdrehung des Fahrzeugrades entspricht, immer durch konstante, vorgegebene Abtastungen gemessen. Dies erhöht die Präzision der Abtastung und damit der Messung vor allem bei sehr großen Winkelgeschwindigkeiten des Fahrzeugrades . ^
Zusätzlich oder alternativ wäre auch denkbar, dass die Information über die aktuelle Geschwindigkeit des Fahrzeugrades bzw. des Fahrzeuges fahrzeugseitig ermittelt wird und über eine fahrzeugseitige Sendeeinrichtung der Radelektronik übermittelt wird. In diesem Falle müsste die Radelektronik auch eine radseitige Empfangseinrichtung und Auswerteeinrichtung aufweisen, die das fahrzeugseitig gesendete Signal aufnehmen und auswerten kann, um so die Geschwindigkeit zu ermitteln. Dies ist allerdings Schaltungs- und Rechen-aufwändiger.
In einer bevorzugten Ausgestaltung weist die Auswerteeinrichtung eine Filtereinrichtung zur Filterung und damit zur Glättung des ermittelten Messsignals auf. Insbesondere ist vor- zugsweise eine Filtereinrichtung mit konstanter, d. h. linearer Phasenverschiebung vorgesehen. Eine solche Filtereinrichtung mit konstanter Phasenverschiebung kann vorzugsweise als Besselfilter ausgebildet sein. Diese Ausgestaltung eines Filters erleichtert die Auswertung der gemessenen Messsignale, da dadurch bekannt ist, dass das Filtern frequenz-unabhängig erfolgt .
In einer ebenfalls bevorzugten Ausgestaltung weist die Auswerteeinrichtung eine Phasenverschiebeeinrichtung auf. Mit dieser Phasenverschiebeeinrichtung lässt sich eine durch das Filtern des Messsignals erzeugte Phasenverschiebung reduzie¬ ren und vorzugsweise sogar vollständig kompensieren. Insbe¬ sondere im Zusammenhang mit einer Filtereinrichtung mit konstanter, linearer Phasenverschiebung ist es vorteilhafterweise möglich, diese mittels der Phasenverschiebeeinrichtung wieder rückgängig zu machen und damit zu kompensieren. Dies erfolgt beispielsweise durch einfaches Herausrechnen der bekannten konstanten Phasenverschiebung solange, bis das Messsignal wieder phasenrichtig vorliegt.
In einer bevorzugten Ausgestaltung ist zumindest ein zweiter Sensor vorgesehen, der dazu ausgelegt ist, zweite radspezifische Parameter zu ermitteln. Mittels der ersten radspezifi- sehen Parameter wurden, wie bereits vorstehend erläutert wur¬ de, solche Parameter ermittelt, die für die Bestimmung der aktuellen Rotationsposition erforderlich waren. Mittels des zweiten Sensors ist es nun möglich, zusätzlich weitere rad- spezifische Parameter, wie etwa den aktuellen Reifendruck, die Reifentemperatur, das Reifenprofil, eine Beschleunigung des Fahrzeugrades und dergleichen zu ermitteln und in Form eines Informationssignals von der radseitigen Sendeeinrichtung zu der fahrzeugseitigen Empfangseinrichtung zu senden. In einer besonders bevorzugten Ausgestaltung ist lediglich ein einziger Sensor vorgesehen, der die Funktionalitäten des ersten und zweiten Sensors in sich vereint. Insbesondere ist dies dann von Vorteil, wenn z. B. durch den ersten Sensor bereits solche Informationen gemessen wurden, die nicht nur zur Ermittlung der Radposition erforderlich sind, sondern die auch an die fahrzeugseitige Empfangseinrichtung zur weiteren Auswertung in der Fahrzeuginformationsvorrichtung gesendet werden. Solche Informationen können z. B. die Beschleunigung des Fahrzeugrades, eine Gravitationsinformation, der Reifen- druck und dergleichen sein.
In einer Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Fahrzeugrades kann die Radelektronik z.B. an der Radfelge angebracht sein. Alternativ wäre auch denkbar, wenn die Radelektronik im Rei- fen des Fahrzeugrades einvulkanisiert ist oder mittels einer eigens dafür vorgesehenen Klemmeinrichtung im Inneren des Reifenmantels, beispielsweise im Bereich der Lauffläche, ein¬ geklemmt ist. Denkbare wäre auch, den Sensor in die Laufflä¬ che des Reifenmantels zu kleben. Alternativ dazu kann auch ein Container in die Lauffläche geklebt werden, in den dann der Sensor eingebracht wird.
Als vorgebbare Rotationsposition des Fahrzeugsrades kann eine oder mehrere der Rotationspositionen aus der folgenden Gruppe gewählt werden:
Erreichen einer vorgegebenen Winkelstellung des Fahrzeugrades bezogen auf den das Fahrzeugrad umgebenden Raum; _
y
Latscheingang, also den Eintritt eines vorgegebenen Punktes am Radumfang des Fahrzeugrades in die Radaufs- tandsflache (den so genannten Latsch) ;
Latschausgang, d. h. den Austritt eines vorgegebenen Punktes am Radumfang des Fahrzeugrades in die Radaufs- tandsflache ;
Latschmitte bzw. unterste Position des Fahrzeugrades, d. h. das Erreichen eines vorgegebenen Punktes am Radumfang des Fahrzeugrades in der Mitte der Radaufstandsflä- che ;
Erreichen der obersten Position des Fahrzeugrades;
3-Uhr Position oder 9-Uhr Position, d. h. das Erreichen einer Position des Fahrzeugrades zwischen der obersten Position des Fahrzeugrades und der untersten Position des Fahrzeugrades bzw. der Mitte der RadaufStandsfläche .
Daneben ist natürlich auch eine beliebig andere fest vorgege¬ bene Rotationsposition möglich. Alternativ dazu wäre auch möglich, dass die Radelektronik das Aussenden der Informati- onssignale zu beliebigen Rotationspositionen vornimmt, die Übertragung der Informationssignale jedoch eine Information über die aktuelle Rotationsposition des Fahrzeugrades, bei dem die Informationen gerade gesendet werden, mitsenden. Dies erfordert nicht die Erkennung einer dezidierten Radposition, sondern die kontinuierliche Bestimmung der aktuellen Rotationsposition .
Die obigen Ausgestaltungen und Weiterbildungen lassen sich, sofern sinnvoll, beliebig miteinander kombinieren. Weitere mögliche Ausgestaltungen, Weiterbildungen und Implementierungen der Erfindung umfassen auch nicht explizit genannte Kombinationen von zuvor oder im Folgenden bezüglich der Ausführungsbeispiele beschriebenen Merkmale der Erfindung. Insbe¬ sondere wird dabei der Fachmann auch Einzelaspekte als Ver- besserungen oder Ergänzungen zu der jeweiligen Grundform der vorliegenden Erfindung hinzufügen. Die vorliegende Erfindung wird nachfolgend anhand der in den Figuren der Zeichnung angegebenen Ausführungsbeispiele näher erläutert. Es zeigen dabei: Fig. 1 eine schematische Darstellung eines mit einer erfindungsgemäßen ReifeninformationsVorrichtung ausgestatteten Fahrzeugs;
Fig. 1A, 1B eine schematische Darstellung eines erfindungs- gemäßen Fahrzeugrades bzw. einer erfindungsge¬ mäßen Radelektronik;
Fig. IC ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel einer er¬ findungsgemäßen Radelektronik in Blockschalt- bilddarstellung;
Fig. 2 verschiedene rotatorische Positionen eines vor¬ gegebenen Punktes, z. B. der Radelektronik, auf ein Fahrzeugrad;
Fig. 3 den Verlauf eines Messsignals eines an einem
Fahrzeugrad angebrachten Piezosensor;
Fig. 4A, 4B schematisch den Verlauf eines Beschleunigungs- sensors bezogen auf verschiedene rotatorische
Positionen eines Fahrzeugrades;
Fig. 5 einen Sensor für eine felgenbasierte Radelekt¬ ronik;
Fig. 5A, 5B die Geschwindigkeit und Beschleunigung in Abhängigkeit von der Zeit für eine felgenbasierte Radelektronik entsprechend Fig.5; Fig. 6 eine vollständige Schwingung eines von einem
Beschleunigungssensor aufgenommenen Messsignals; Fig. 7 ein typisches Abtastszenario für die Schwingung eines von einem Beschleunigungssensor aufgenommenen Messsignals; Fig. 7A, 7B eine Über- bzw. Unterabtastung eines von einem
Beschleunigungssensor aufgenommenen Messsignals;
Fig. 7C, 7D eine adaptive Abtastung im Falle der Signale aus den Fig. 7A, B;
Fig. 8 ein mit einem Rauschsignal überlagertes Mess¬ signal ; Fig. 8A - 8C verschiedene, durch Filterung erzeugte Phasenverschiebungen bei einem Messsignal;
Fig. 9A, 9B exemplarisch das Verhalten eines Besselfilters auf das von einem Beschleunigungssensor aufge- nommene Messsignal in Abhängigkeit von der
Zeit;
Fig. 10A, 10B exemplarisch die Signalverläufe der von einem
Beschleunigungssensor aufgenommenen Beschleuni- gungssignale abhängig von der Zeit mit Abtas¬ tung und Filterung;
Fig. 11 den Verlauf der Feldstärken der von den vier
Radelektroniken der Fahrzeugräder ausgesendeten Sendesignale;
Fig. 12 die Unterteilung eines von einer Radelektronik ausgesendeten Signals in mehrere Frames, die insgesamt einen Burst bilden.
In den Figuren der Zeichnung sind - sofern nichts Anderes ausführt ist - gleiche und funktionsgleiche Elemente, jeweils mit denselben Bezugszeichen versehen. Fig. 1 zeigt eine schematische Darstellung eines mit einer Reifendruckkontrollvorrichtung ausgestatten Fahrzeugs. Das hier mit Bezugszeichen 10 bezeichnete Fahrzeug weist vier Rä- der 11 auf. Jedem Rad 11 ist eine Radelektronik 12 zugeord¬ net. Fahrzeugseitig ist jedem dieser Radelektroniken 12 eine Sende-/Empfangseinheit 13 zugeordnet, die z.B. mit der je¬ weils ihr zugeordneten Radelektronik 12 in kommunikativer Verbindung steht. Die Radelektroniken 12 und Sende- /Empfangseinheiten 13 sind insgesamt Bestandteil einer Rei¬ feninformationsvorrichtung, welche darüber hinaus über ein zentrales Steuergerät 14 verfügt. Dieses Steuergerät 14 weist ferner eine programmgesteuerte Einrichtung 15, beispielsweise einen MikroController oder Mikroprozessor, und eine Speicher- einrichtung 16, beispielsweise ein ROM oder DRAM, auf. Das
Fahrzeug 10 weist darüber hinaus ein Fahrerinformationssystem 17 auf.
Die Fig. 1A, 1B zeigen schematische Darstellungen eines er- findungsgemäßen Fahrzeugrades bzw. einer erfindungsgemäßen
Radelektronik, wie sie z. B. in dem Fahrzeug aus Fig. 1 verwendet werden können.
Das in Fig. 1A dargestellte Fahrzeugrad 11 weist eine Felge 20 auf, auf der in bekannter Weise ein Radreifen 21 aufgebracht ist. Die Radelektronik 12 kann nun direkt auf der Felge 20, beispielsweise im Bereich des Ventils, angebracht sein. Darüber hinaus wäre es auch denkbar, wenn die Radelektronik 12 im Bereich der Lauffläche im Inneren des Radreifens 21 an- gebracht ist, beispielsweise unter Verwendung einer Klemmeinrichtung. Schließlich wäre auch denkbar, wenn die Radelektronik 12 im Gummimaterial des Radreifens 21 einvulkanisiert ist . Die in Fig. 1B dargestellte Radelektronik 12 weist in einer
Minimal-Variante einen Sensor 22 auf, der dazu ausgelegt ist, ein Messsignal XI, welches zumindest einen ersten radspezifi¬ schen Parameter aufweist, aufzunehmen. Dieses Messsignal XI wird einer Auswerteeinrichtung 23 zugeführt, die dazu ausge¬ legt ist, aus dem Messsignal XI eine aktuelle Rotationsposi¬ tion dieser Radelektronik 12 bezüglich des zugeordneten Fahrzeugrades 11 zu ermitteln. Die Auswerteeinrichtung 12 stellt ausgangsseitig ein Informationssignal X2 bereit, welches eine Information über die übermittelte Rotationsposition des Fahrzeugrades 11 und ggf. von weiteren radspezifischen Parametern enthält . Fig. IC zeigt ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel einer er¬ findungsgemäßen Radelektronik 12. Neben dem ersten Sensor 22 und der Auswerteeinrichtung 23 ist hier ferner eine Steuereinrichtung 24 sowie eine Sendeeinrichtung 25 vorgesehen. Die Steuereinrichtung 24 nimmt das von der Auswerteeinrichtung 23 erzeugte Informationssignal X2 auf und steuert abhängig davon die Sendeeinrichtung 25 mit einem Steuersignal X3 an. Bei¬ spielsweise kann die Steuereinrichtung 24 abhängig von dem Informationssignal X2 festlegen, zu welchen Zeiten die Sende¬ einrichtung 25 das Informationssignal X2 oder ein davon abge- leitetes Signal senden soll. Das von der Sendeeinrichtung 25 ausgesendete Sendesignal ist hier mit X4 bezeichnet.
Die Radelektronik 12 weist hier neben dem ersten Sensor 22 zumindest einen zweiten Sensor 29 auf, der zweite radspezifi- sehe Parameter, wie beispielsweise den Reifendruck oder die Reifentemperatur, ermittelt und der Auswerteeinrichtung 23 abhängig davon ein weiteres Informationssignal X5 zuführt. Vorzugsweise weist die Auswerteeinrichtung 23 darüber hinaus eine Abtasteinrichtung 26, ein Filter 27 sowie eine Phasen- Verschiebeeinrichtung 28 auf. Über die Abtasteinrichtung 26 wird das von dem ersten Sensor 22 bzw. zweiten Sensor 29 erzeugte analoge Informationssignal X2, X5 abgetastet. Über die Filtereinrichtung 27 wird das Informationssignal X2, X5 vor oder nach der Abtastung gefiltert und in der Phasenverschie- beeinrichtung 28 wird eine ggf. über die Filtereinrichtung 27 erzeugte Phasenverschiebung kompensiert oder zumindest redu¬ ziert . Eine der vorliegenden Erfindung zugrunde liegende Idee be¬ steht darin, eine Radelektronik 12 bereitzustellen, die eine rotatorische Position der Radelektronik 12 bezogen auf das Fahrzeugrad 11 bestimmt und bei der so bestimmten Rotations- position oder abhängig von der Rotationsposition in einer definierten anderen Position, z. B. zeit- oder winkel-basiert , die von der Radelektronik 12 ermittelten radspezifischen Parameter an eine fahrzeugseitige Empfangseinrichtung 13 sendet. Die Fig. 2 zeigt hierzu einige spezielle Positionen 30 mit Bezug auf den Fahrbahnbelag 31, auf dem das Fahrzeugrad 11 aufliegt. Beispielsweise kann eine obere Position a, ein Latscheingang b, ein Latschausgang c, eine Latschmitte oder unterste Position d, eine 3-Uhr Position e oder eine 9-Uhr Position f vorgesehen sein. Darüber hinaus wäre natürlich auch eine beliebige andere feste Position 30, die in Fig. 2 nicht dargestellt ist, denkbar.
In der Praxis kommt es bisweilen vor, dass eine Radorientie¬ rung bzw. vorgegebene Radposition nicht bestimmt werden kann, wenn z.B. stark verrauschte Signale vorliegen. Dies kommt z.B. dann vor, wenn eine Straße auf dem das Fahrzeug fährt, starke Unebenheiten hat. Wenn keine Orientierung oder Radposition detektiert werden kann oder auch eine Zeitüberschrei¬ tung während der Erkennung auftritt, soll dies in der Rad- elektronik festgestellt werden. In diesem Fall wird in der Regel immer noch ein Funktelegramm verschickt, um aktuelle Informationen über den Reifen, wie z.B. den Reifenfülldruck an das Steuergerät zur Überwachung zu senden. Hier ist es dann notwendig, dass die Radelektronik einen Hinweis im Te- legramm bzw. im Sendesignal (X4), dass es sich um eine nicht- orienterungsbezogene Emission handelt Dieser wird üblicher¬ weise durch Setzen eines Bits auf 1 oder 0 im Telegramm des Sendesignals (X4) umgesetzt. Dieses Bit ist auch als Synchro- nisationsflag bekannt. Somit wird im Steuergerät nur die ge- sendete Information verarbeitet, nicht aber der Funktübertra- gungs Zeitpunkt zur Lokalisierung ausgewertet. Nachfolgend wird die Funktions- und Arbeitsweise der Rad¬ elektronik und des darin enthaltenen Sensors beschrieben:
1. Warten auf einen für die Übertragung eines Sendesignals und des entsprechend darin enthaltenen Telegramms (so genann¬ te Emission) vorgesehenen Übertragungszeitpunkt. Da die Rad¬ elektronik nicht kontinuierlich sendet und Funkregulierungen oft einen Mindestabstand zwischen zwei aufeinander folgenden Emissionen vorschreiben, muss die Radelektronik auf eine vor- gegebene Zeitscheibe für die nächste Emission warten, z.B. alle 15 sec.
2. Detektion einer vorgegebenen Radposition oder rotatorische Position (i.e. Winkelposition des Rades) zu der das nächste Sendesignal (Sendetelegramm) gesendet werden soll. Alternativ kann auch jeweils eine aktuelle Radposition bestimmt werden, die dann im Sendetelegramm mitgesendet wird.
3. Sofern eine vorgegebene oder rotatorische Radposition be- stimmt werden konnte, wird ein Synchronisations-Flag auf 1 gesetzt. Andernfalls wird das Synchronisations-Flag auf 0 ge¬ setzt .
4. Senden des Sendesignals mit dem Sendetelegramm.
5. Rücksprung zum Schritt 1.
Auf diese Weise wird sichergestellt, dass auch benötigte Da¬ ten vom Reifensensor geschickt werden, wenn keine Bestimmung der Radposition erfolgen konnte.
Zur Detektion der rotatorischen Position 30 bzw. der rotatorischen Winkellage kommen für felgenmontierte wie auch für reifenmontierte Radelektroniken 12 verschiedene Ansätze in Frage:
Die Radelektronik 12 bestimmt ihre rotatorische Position 30 anhand ihrer Lage im Radkasten. So kann z. B. ein Mag- net in jedem Radkasten befestigt werden. Wenn die Reifenelektronik 12 in die Nähe des Magneten kommt, kann dies detektiert werden, z. B. über einen Hallsensor, Reed- Schalter oder dergleichen. Man erhält so eine feste Referenzposition für den Sensor. Alternativ könnte vielleicht auch ein im Radkasten ohnehin vorhandenes Teil detektiert werden, wie z. B. der Dämpfer.
Die Radelektronik 12 bestimmt ihre rotatorische Position 30 mit Hilfe eines speziellen Lagesensors oder eines Lage¬ schalters. Lagesensoren (auch Lageregelungssensoren) stellen mittels Messungen von Referenzfeldern oder Referenzpunkten (z. B. einem Magnetfeld im Bereich des Radkastens) die Lage und Orientierung des Fahrzeugrades 11 im 3- dimensionalen Raum, meistens relativ zum Fahrzeug 10 oder der Fahrbahn 31, fest.
Bei reifenintegrierten (im Vergleich zu felgenbasierten) Radelektroniken 12, die z. B. an der Innenseite der Lauffläche des Reifens 21 angebracht sind (siehe Fig. 1A) , gibt es zusätzlich die Möglichkeit, den Latschein- oder -ausgang zu detektieren. Dies kann z. B. mit Hilfe von Be- schleunigungs- oder Schocksensoren erreicht werden. Ein Beschleunigungssensor ist ein Sensor oder Fühler, der die Beschleunigung misst, indem die auf eine Testmasse (z. B. das Fahrzeugrad oder die Felge) wirkende Trägheitskraft bestimmt wird. Somit kann z. B. bestimmt werden, ob eine Geschwindigkeitszunahme oder -abnähme stattfindet. Der Be¬ schleunigungssensor gehört zur Gruppe der Inertial- sensoren. Solche Inertialsensoren dienen zur Messung linearer Beschleunigungskräfte und Rotationskräfte.
Es können aber auch Piezosensoren verwendet werden, die Veränderungen der Krümmung des Reifens messen. Hier können entweder druck-sensitive Piezosensoren zum Einsatz kommen oder Piezosensoren, die eine Verformung des Piezostapels , beispielsweise eine Biegung, Streckung, Stauchung, etc. detektieren. Piezosensoren haben den zusätzlichen Vorteil, dass deren Ausgangsspannung als Triggersignal für die Steuereinrichtung der Radelektronik 12 verwendet werden kann. Dadurch ist ein aktives ständiges Abfragen des Sensors 22 nicht nötig ist, was einen hohen Energieverbrauch verhindert. Dies ist vorteilhaft, da die innerhalb der
Radelektronik vorgesehenen Sensoren eine autarke Energieversorgung benötigen, z. B. eine Batterie, einen Akkumulator, einen Energiegenerator oder dergleichen. Besonderes vorteilhaft ist es, wenn ein z. B. zur Druckmessung für die Latschposition ohnehin vorgesehener Piezosensor zusätzlich zur Energieversorgung der Reifenelektronik eingesetzt wird.
Fig. 3 zeigt den Verlauf eines von einem Piezosensor, der im Fahrzeugrad angebracht ist, aufgenommenen Signals. Dieser misst die Verformung des Reifens an der Innenseite dessen Lauffläche. Die Peaks in den aufgenommenen Messsignalen identifizieren den Latschein- bzw. -ausgang des Sensors. Diese Positionen können mittels einer Peak-Detektion bestimmt wer- den. Dies ist z. B. mittels einer einfachen Schwellenüberwa¬ chung oder einer Minimum- bzw. Maximumerkennung möglich.
Die Fig. 4A, 4B zeigen schematisch den Verlauf der gemessenen Beschleunigung A eines Beschleunigungssensors, der im Reifen an der Lauffläche angebracht ist, in Abhängigkeit vom Rotati¬ onswinkel des Fahrzeugrades a . Es sind starke Peaks im ge¬ messenen Signal zu erkennen, wenn der Sensor in den Latsch eintritt (Position b) bzw. austritt (Position c) , also bei 240° bzw. 300°. Somit können auch hier diese Positionen b, c wie folgt bestimmt werden.
Auswertung der Längsbeschleunigung (Beschleunigung / Abbremsen) des Fahrzeugs mit einem Beschleunigungs- oder Schocksensor in der Reifenelektronik: Z. B. können so die oberste Position a, die unterste Position d, die 3-Uhr oder 9-Uhr Positionen e, f detektiert werden. Allerdings sind die auftretenden Beschleunigungen in der Regel klein und treten auch nur fahrsituationsabhängig auf. Auswertung der Projektion des Gravitationsvektors auf ei¬ nen Beschleunigungs- oder auch Schocksensor in der Reifenelektronik: Je nach Auswertung der resultierenden Sinus- welle (Maximumsuche, Minimumsuche, Nulldurchgangssuche) kann z. B. die oberste oder unterste Position a, d sowie die 3-Uhr oder 9-Uhr Position e, f bestimmt werden. Diese Beschleunigungen treten bei jeder Rotation auf und sind somit gut reproduzierbar zu verwenden.
Auf den Reifensensor mit Beschleunigungssensor in Z-Richtung (also radial) wirken zum Einen die Zentrifugalbeschleunigung, die durch die Rotationsbewegung des Fahrzeugrads hervorgeru¬ fen wird, und zum anderen die Gravitation. Nachfolgend wird eine gravitationsbasierte Auswertung des Messsignals erläu¬ tert :
Fig. 5 zeigt einen Sensor für eine felgenbasierte Radelektro¬ nik, der aber auch für reifenbasierte Radelektroniken ein- setzbar ist. Man erkennt, dass die Geschwindigkeit V einen großen Gleichanteil am Beschleunigungssignal A bewirkt (siehe Fig. 5A, 5B) und dass eine Schwingung mit der Amplitude von etwa lg auf dem Beschleunigungssignal (Fig. 5B) aufmoduliert ist. Ferner ist erkennbar, dass die Frequenz der Schwingungen auch von der Fahrzeuggeschwindigkeit abhängt. Je größer die Fahrzeuggeschwindigkeit, desto größer ist die Umdrehungsfre¬ quenz des Rades und umso kleiner wird die Umlaufzeit für eine Umdrehung. Anhand der Position innerhalb dieser Schwingungen ist die Rotationslage des Sensors abzulesen. Hierzu werden im Folgenden diverse Verfahren beschrieben.
Alternativ zu einem Beschleunigungssensor kann auch ein
Schocksensor verwendet werden. Dieser misst nicht die Be¬ schleunigung, sondern deren Ableitung. Bei einem Schocksensor würde im Vergleich zu der Kurve in Fig. 5B die Ableitungskurve eine mittelwertfreie Schwingung erzeugen, die jedoch auch sich ändernde Schwingungsperioden aufweist. Die Periode ist identisch zur Periode des vom Beschleunigungssensor gemesse- nen Signals. Dementsprechend können dann auch definierte Po¬ sitionen des Signals des Schocksensors bestimmt werden. Im Unterschied zum Beschleunigungssensor man keine absolute Aus¬ sage über den Wert der Beschleunigung getroffen werden.
Fig. 6 zeigt eine vollständige Schwingung eines von einem Be¬ schleunigungssensor aufgenommenen Messsignals.
Zur Detektion der Rotationspositionen muss die aufgenommene Schwingung ausgewertet werden. Hierbei entsprechen z. B. die in Fig. 2 gezeigten Positionen den folgenden Stellen der Schwingung des Beschleunigungssensors. Position d in Fig. 6 ist z. B. als lokales Maximum definiert, Position a als loka¬ les Minimum und die Positionen e und f sind als steigende bzw. fallende Nulldurchgänge der Schwingung charakterisiert. Diese Stellen können festgelegt werden, indem die Beschleunigungswerte der Kurve abgetastet und ausgewertet werden. Hier¬ bei ist es notwendig, dass die Kurve genügend oft abgetastet wird, um die gesuchte Position genügend genau wiederzugeben.
Fig. 7 zeigt ein typisches Abtastszenario. Die Schwingung kann genügend genau aufgelöst werden, wenn eine Periode mit ca. 10-30 Werten abgetastet wird. Fig. 7A, 7B zeigen, wie die Periode der Schwingung von der
Geschwindigkeit des Fahrzeugs bzw. des Rads abhängt. Bei ei¬ ner konstanten Abtastzeit folgt, dass die Schwingung in unterschiedlichen Geschwindigkeitsbereichen unter- bzw. überabgetastet wird. Eine Unterabtastung (Fig. 7A) führt im Allge- meinen zu einer verschlechterten Erkennung der definierten Rotationspositionen. Eine Überabtastung (Fig. 7B) führt zu einem erhöhten Speicherplatzbedarf der abgetasteten Werte für eine Schwingung und zu einem erhöhten Energiebedarf, da jede Abtastung jeweils ein Auslesen des Beschleunigungssensors be- deutet. Da die Radelektronik entweder mit einer Batterie oder einem Energiegenerator versorgt wird und die zur Verfügung stehende Energie begrenzt ist, ist dies nicht wünschenswert. Besonders vorteilhaft ist daher eine adaptive Wahl der Ab¬ tastzeit, wie dies in den Fig. 7C, 7D gezeigt ist. Entspre¬ chend der Geschwindigkeit des Fahrzeugs und entsprechend der Periode der Schwingung wird die Abtastzeit definiert. Die Ab- tastzeit wird bestimmt, indem der Absolutwert des Beschleuni¬ gungswerts (Zentrifugalkomponente plus aufmodulierte Schwin¬ gung) ausgewertet wird. Die Zentrifugalkomponente wie auch die Schwingungsperiode hängen von der Rotationsgeschwindig¬ keit des Fahrzeugrades ab. Wenn die Absolutwerte der Be- schleunigung nicht vorliegen, da z. B. ein Schocksensor verwendet wird, ist es möglich, die Periode der Schwingung in einem ersten Schritt zu bestimmen, z. B. durch Nulldurchgangssuche, und basierend darauf dann die Abtastzeit festzu¬ legen. Die beiden Verfahren gehen davon aus, dass sich die Perioden der Schwingung nicht schlagartig ändern, sondern während ein paar Radumdrehungen nur leicht variieren. Da ein Fahrzeug nur im begrenzten Umfang beschleunigen oder bremsen kann, ist dieses Verfahren auch zulässig. Ferner kann die Schwingung immer noch hinreichend gut aufgelöst werden, wenn die Zahl der Abtastungen pro Periode in einem bestimmten zulässigen Bereich liegt. Dies ist auch wesentlich, da die Abtastzeit in der Praxis nicht vollkommen frei gewählt werden kann, sondern nur bestimmte Werte (aufgrund der Taktung der Radelektronik) einstellbar sind.
Die Positionserkennung, z. B. die Detektion des Schwingungsmaximums, ist anhand der Abtastungen wie in den Fig. 7-7D gezeigt, gut möglich. Es können auch einfache Algorithmen zur Maximumsuche, Minimumsuche bzw. Nulldurchgangssuche verwendet werden. In Realität liegen aber Messsignale vor, denen ein Rauschen überlagert ist, so dass vor der Abtastung und Aus¬ wertung eine Filterung des Messsignals notwendig ist.
Fig. 8 zeigt ein mit einem Rauschsignal überlagertes Messsig- nal . Die gestrichelte Linie zeigt das zu Grunde liegende ana¬ loge, als Sinussignal ausgebildete Messsignal. Die Abtast¬ punkte in Fig. 8 beinhalten das überlagerte Rauschen. Die Filterung des Messsignals bewirkt eine Glättung, die eine Auswertung und damit eine Erkennung der gewünschten Rotationsposition wieder ermöglicht. Die Filterung hat jedoch den meist unerwünschten Nebeneffekt einer Phasenverschiebung. Dies ist in Fig. 8A anhand einer Sinusschwingung (ohne Rauschen) dargestellt. In Fig. 8A ist zu erkennen, dass durch die Filterung die Amplitude der Schwingung beeinflusst wird, indem die Schwingung verzögert und damit verschoben wird. Dies hat jedoch bezüglich der Positionsbestimmung innerhalb der Schwingung keinen Einfluss, solange die Schwingung amplitudenmäßig gut aufgelöst werden kann. Relevant ist nur der Phasenversatz. Generell würde dieser Phasenversatz für das Detektionsverhalten unerheblich sein, da die detektierte Position bei einem gewählten Filter immer gleich ist. Dies trifft jedoch nur für eine feste Schwingungsfrequenz zu. Bei einem realen Fahrszenario, bei dem unterschiedliche Geschwin¬ digkeiten und deshalb unterschiedliche Schwingungsfrequenzen vorhanden sind, führt dies zu unterschiedlichen Phasenversät¬ zen und somit zu Problemen.
Eine Detektion (z. B. des Maximums) anhand der durchgezogenen Linien in Fig. 8B, 8C führt zu unterschiedlichen Positionen der gestrichelten Ausgangsschwingungen. Z. B. ist in Fig. 8C der Winkelversatz wesentlich höher. Dies beruht darauf, dass der Phasenversatz abhängig von der Schwingungsfrequenz ist. Theoretisch wäre es für einen Detektionsalgorithmus möglich, die jeweilige Phasenverschiebung - basierend auf der aktuel¬ len Frequenz - zu bestimmen und zu kompensieren. Dies erfordert aber die genaue Kenntnis der Schwingungsfrequenz und ist rechenaufwändig, was auf Kosten der Energieressourcen geht.
Prinzipiell gibt es zwei Möglichkeiten, um die Phasenverschiebung zu umgehen: Zum Einen könnte das Eingangssignal zweimal gefiltert werden, einmal zeitlich vorwärts und dann zeitlich rückwärts unter Verwendung des gleichen Filters. Die Phasenverschiebung, die man durch die erste Filterung gewinnt, wird durch die zweite Filterung eliminiert, so dass das endgültige Ausgangssignal keine Phasenverschiebung mehr aufweist. Allerdings müssen das Eingangssignal und das Zwischenergebnis zunächst gespeichert werden, um es dann zeitlich rückwärts filtern zu können. Dies erfordert zusätzlichen Speicherbedarf und führt auch dazu, dass man die zu detektierende Position erst nach einer länge¬ ren Verarbeitungszeit detektieren kann. D. h., eine Auswertung eines aufgenommenen Messsignals der Radelektronik zeitnah zum Durchlaufen der zu detektierenden Position ist kaum realisierbar. Durch das zweifache Filtern wird zudem auch die effektive Ordnung des Filters verdoppelt.
Alternativ wäre vorteilhaft, Filter zu verwenden, die (annährend) eine konstante Phasenverschiebung über den für die Aus- wertung interessanten Frequenzbereich zeigen. Solche Filter sind z. B. Besselfilter, die linear in der Phase sind. Dies führt zu einer zeitlich konstanten Verschiebung der gefilterten Messkurven für alle Eingangsfrequenzen. Damit ist es möglich, diese konstante Verschiebung bei allen von den Sensoren aufgenommenen Messsignalen zu berücksichtigen und über einen Abgleichalgorithmus im fahrzeugseitigen Steuergerät zu kom¬ pensieren. Fig. 9A und 9B zeigen exemplarisch das Verhalten eines Besselfilters . Der Verlauf ist so charakterisiert, dass die zeitliche Differenz z. B. der Maxima des Eingangssignals und der Maxima des gefilterten Signals annährend gleich sind.
Das Problem der Phasenverschiebung lässt sich am elegantesten dadurch lösen, dass eine adaptive Abtastzeit verwendet wird und das abgetastete Signal abtast-basiert gefiltert wird (siehe Fig. 10A, 10B) . Somit ist die Abhängigkeit des urs¬ prünglichen Zeitvektors eliminiert. In Fig. 10A, 10B ist zu erkennen, dass das gefilterte Signal das ursprüngliche Mess¬ signal in beiden Fällen an derselben Stelle schneidet, was auf eine konstante Verzögerung bezüglich der Phase (d. h. des Winkels) und nicht in der Zeit schließen lässt. Wenn z. B. das Maximum des gefilterten Signals detektiert wird, liegt dieses in Fig. 10A und Fig. 10B in der gleichen Phase des Eingangssignals. Die Verzögerung in Form einer konstanten Phase - unabhängig von der gefahrenen Geschwindigkeit bzw. Schwingungsfrequenz - hat den Vorteil, dass eine Erkennung der Rotationsposition einfach um eine konstante Winkellage verschoben ist. Da es bei dem Lokalisierungsverfahren nicht um die absoluten Lagen, sondern nur um relative Zusammenhänge ankommt, ist diese Eigenschaft sehr vorteilhaft und eine An¬ passung des Algorithmus ist nicht nötig.
Bei den Übertragungen der Sendesignale existieren so genannte "Black Spots". Es handelt sich dabei um Winkelpositionen des Fahrzeugrads, an denen ein Empfang eines vollständigen Sendesignals (das so genannte Telegramm) vom fahrzeugseitigen Empfänger schwer bzw. gar nicht möglich ist. Dies ist darauf zurückzuführen, dass die Funkstrecke zwischen Fahrzeugrad und Karrosserie des Fahrzeugs z. B. durch Karosserieteile, wie etwa dem Radkasten, beeinträchtigt wird.
Fig. 11 zeigt den Verlauf der Feldstärken E der von den Radelektroniken der vier Räder empfangenen Signale. Es ist zu erkennen, dass die Feldstärken E stark von den Radwinkelpositionen a abhängen. Wenn nun z. B. die nötige Schwelle zum korrekten Empfangen eines Sendesignals bei etwa 85dBm liegt, kann das von der Radelektronik des vorderen linken Rades gesendeten Signals bei einer Stellung von ca. 190° nicht emp- fangen werden. Wenn jedoch gerade immer bei dieser Position oder z. B. bei 180° (das Rad dreht sich während des Sendens weiter) gesendet werden soll, wäre ein Empfang dieses Sende¬ signals nicht möglich. Daher ist es bisweilen vorteilhaft, nicht immer an derselben Rotationsposition Sendesignale zu emittieren, sondern z. B. eine willkürliche, statisch verteilte Verzögerung mit einzu¬ bauen. Es wird dabei immer noch eine dedizierte Position erkannt, nach der Erkennung jedoch eine bestimmte Zeit abgewar- tet. Für das dann stattfindende Aussenden des Sendesignals wird die Wartezeit als Information mitgesendet, so dass die Empfangseinheit diese Wartezeit wieder herausrechnen kann. Die Wartezeit kann entweder zeitbasiert oder winkelbasiert sein, z. B. je nachdem was in der Radelektronik vom Ablauf des Algorithmus her besser zu implementieren ist. So ent¬ spricht z. B. eine gleiche Anzahl von Abtastintervallen bei einer adaptiven Abtastzeit in guter Näherung einer winkelba- sierten Verzögerung. Bei der Wahl der Verzugszeiten ist ein vorgegebener Satz von Werten sinnvoll, der bei den Emissionen entweder der Reihe nach durchgegangen oder aus dem zufällig ausgewählt wird. Somit ist es möglich, das Aussenden der Sig¬ nale statistisch gleichmäßig auf die gesamten 360° eines Fahrzeugrades zu verteilen.
In der Praxis kann es immer wieder vorkommen, dass einzelne Übertragungen nicht korrekt empfangen werden, z. B. wegen Funkstörungen oder Auslöschungen durch Sendesignale von ande- ren Radelektroniken. Aus diesem Grund ist es bisweilen vorteilhaft, die Informationen der Radelektroniken redundant zu versenden. Demzufolge werden einzelne Frames von Sendesigna¬ len gesendet, die identische Informationen beinhalten. Fig. 12 zeigt, wie drei Frames 40 der Dauer Tl einen so genannten Burst 41 der Dauer T2 eines gesendeten Messsignals bilden.
Zwischen den einzelnen Frames 40 eines Bursts 41sind vordefi¬ nierte Pausen unterschiedlicher oder gleicher Dauer T3, T4 vorhanden, die auch wiederum dafür sorgen sollen, dass die Frames möglichst gleichmäßig auf den Radumfang von 360° ver- teilt sind.
Im Rahmen des positionsbezogenen Sendens der Reifenelektroniken ist es deshalb nötig, dieses Verfahren anzupassen. Es ist notwendig, dass man aus dem Empfang nur eines oder zwei der Frames eines Bursts auf die ursprüngliche Detektion der Position zurückrechnen kann. Dazu ist es notwendig, dass je¬ der Frame eine Information trägt, um den wievielten Frame es sich innerhalb des Bursts handelt. Zusätzlich ist es natür¬ lich auch notwendig, die Information der im vorigen Absatz beschriebenen Verzugszeit in jedem Frame zu enthalten. Mit diesem Wissen und dem Wissen über die Pausenzeiten zwischen den Frames kann dann sukzessive auf den ursprünglichen Detek- tionspunkt und damit die Rotationsposition zurückgerechnet werden .
Obgleich die vorliegende Erfindung vorstehend anhand bevor- zugter Ausführungsbeispiele beschrieben wurde, ist sie nicht darauf beschränkt, sondern auf vielfältige Art und Weise mo¬ difizierbar .
Für die Ermittlung des Reifendruckes können bekannte Verfah- ren, beispielsweise direkt messende Reifendruckermittlungs¬ systeme, verwendet werden. Direkt messende Systeme ermitteln z.B. mittels eines geeigneten Drucksensors direkt den im Rei¬ fen herrschenden Reifendruck. Indirekt messende Systeme ermitteln beispielsweise die Quer- oder Längsbeschleunigung ei- nes Reifens und leiten daraus den Reifendruck ab. Darüber hinaus lassen sich der Reifendruck auch durch Auswertung von Drehzahl- oder Schwingungseigenschaften der Fahrzeugräder ermitteln . Darüber hinaus ist die vorliegende Erfindung nicht notwendi¬ gerweise auf ein in einem PKW eingesetzten Reifeninformati¬ onsvorrichtung beschränkt. Vielmehr lässt sich die Erfindung bei beliebigen Fahrzeugen, wie z.B. Lastkraftfahrzeuge, Mo¬ torräder, Busse, Anhänger von Fahrzeugen und dergleichen, ebenfalls vorteilhaft einsetzen.
Auch die Ausgestaltung der Reifeninformationsvorrichtung, insbesondere hinsichtlich der Zahl der verwendeten Radelektroniken, Sende-/Empfangseinrichtungen, der Ausgestaltung der programmgesteuerten Einrichtung und der Radelektroniken, Art der Kommunikation zwischen Radelektronik und fahrzeugseitiger Sende-/Empfangseinrichtung, etc., lässt sich variieren.
An dieser Stelle wird darauf hingewiesen, dass die Erfindung auch auf die Lokalisierung von Reifen als solche bezogen ist, die Patentansprüche also auch im Sinne von „Vorrichtungen und Verfahren zur Lokalisierung zumindest eines Reifens an einem Fahrzeug" zu lesen ist. Der Begriff „Rad" wäre dann auch im übrigen Teil der Anmeldung gedanklich durch „Reifen" zu ersetzen .
Statt der Verwendung von vier, den jeweiligen Rädern bzw. Radelektroniken zugeordneten Empfangseinrichtungen wäre auch denkbar, lediglich einen einzige zentrale Empfangseinrichtung zu verwenden, die dann dazu ausgelegt ist, die Sendesignale von allen Radelektroniken zu empfangen und auszuwerten.
Bezugs zeichenliste
10 Fahrzeug
11 Fahrzeugräder
12 Radelektroniken
13 Sende-/Empfangseinrichtungen
14 Steuergerät der Reifeninformationsvorrichtung
15 programmgesteuerte Einrichtung, MikroController
16 Speichereinrichtung
17 FahrZeuginformationssystem
20 Radfelge
21 Radreifen
22 (erster) Sensor
23 AusWerteeinrichtung
24 Steuereinrichtung
25 Sendeeinrichtung
26 Abtasteinrichtung
27 Filtereinrichtung
28 Phasenverschiebeeinrichtung
29 (zweiter) Sensor
30 rotatorische Position eines Punktes auf dem Rad
31 Fahrbahn
40 Frame
41 Burst
42 Pause obere Position
Latscheingang
Latschausgang
unterste Position
3-Uhr Position
9-Uhr Position
Erdbeschleunigung
Zeit
Beschleunigung
Feldstärke
Dauer ^ 0
V Geschwindigkeit
XI Messsignal
X2 Informationssignal
X3 Steuersignal
X4 Sendesignal
X5 Informationssignal a Rotationswinkel

Claims

Patentansprüche
1. Radelektronik (12) für ein Reifeninformationsvorrichtung, die im eingebauten Zustand in einem Fahrzeugrad (11) eines Fahrzeugs (10) angeordnet ist, enthaltend: einen ersten Sensor (22), der dazu ausgelegt ist, ein Messsignal (XI) aufzunehmen, welches zumindest einen ersten rad¬ spezifischen Parameter aufweist, und eine Auswerteeinrichtung (23) , die dazu ausgelegt ist, aus dem Messsignal (XI) eine aktuelle Rotationsposition (a-f) des Fahrzeugrades (11) zum Zeitpunkt der Messung zu ermitteln.
2. Radelektronik nach Anspruch 1,
dadurch gekenn zei chnet ,
dass eine Sendeeinrichtung zur Aussendung eines Sendesignals (X4) vorgesehen ist, welches eine Information über die ermittelte Rotationsposition (a-f) des Fahrzeugrades (11) und/oder zweite radspezifische Parameter (X5) enthält.
3. Radelektronik nach Anspruch 2,
dadurch gekenn zei chnet ,
dass eine Steuereinrichtung (24) vorgesehen ist, welche die Sendeeinrichtung derart steuert, dass das Sendesignal (X4) in einer vorgebbare Rotationsposition (a-f) des Fahrzeugrades (11) oder einem vorgebbaren Winkelbereich des Fahrzeugrades (11), insbesondere Zeit- und/oder Rotationswinkel-basiert, ausgesendet wird.
4. Radelektronik nach Anspruch 2,
dadurch gekenn zei chnet ,
dass eine Steuereinrichtung (24) vorgesehen ist, welche die Sendeeinrichtung derart steuert, dass das Sendesignal (X4) während einer oder mehrerer Umdrehungen des Fahrzeugrades
(11) mehrfach, insbesondere bis zu 3 bis 10 mal und vorzugs¬ weise bis zu 3 bis 5 mal, ausgesendet wird.
5. Radelektronik nach einem der vorherigen Ansprüche,
dadurch gekenn zei chnet ,
dass der erste Sensor (22) als Lagesensor oder Lageschalter ausgebildet ist, der anhand der Detektion von bekannten Refe- renzbereichen oder Referenzpunkten die Rotationsposition (a- f) eines vorgegebenen Punktes auf dem Fahrzeugrad (11) be¬ stimmt .
6. Radelektronik nach einem der vorherigen Ansprüche,
dadurch gekenn zei chnet ,
dass der erste Sensor (22) als magnetisch-sensitiver Sensor, insbesondere als Hallsensor oder als Reed-Schalter, ausgebildet ist, der die Rotationsposition (a-f) des Fahrzeugrades (11) durch Messung eines bekannten Magnetfeldes bestimmt.
7. Radelektronik nach einem der vorherigen Ansprüche,
dadurch gekenn zei chnet ,
dass der erste Sensor (22) als Inertialsensor, insbesondere ein Beschleunigungssensor oder Schocksensor, ausgebildet ist, der die Rotationsposition (a-f) anhand einer durch eine Geschwindigkeitszunahme oder -abnähme des Fahrzeugrades (11) ermittelten Beschleunigung oder Ableitung davon bestimmt.
8. Radelektronik nach einem der vorherigen Ansprüche,
dadurch gekenn zei chnet ,
dass der erste Sensor (22) als Piezosensor ausgebildet ist, der Veränderungen der Krümmung eines Reifens (21) des Fahrzeugrades (11) bestimmt.
9 Radelektronik nach einem der vorherigen Ansprüche,
dadurch gekenn zei chnet ,
dass die Auswerteeinrichtung (23) dazu ausgebildet ist, eine gravitations-basierte Auswertung der Messsignale (XI), insbe¬ sondere der gemessenen Beschleunigung oder der Ableitung der gemessenen Beschleunigung, vorzunehmen.
10. Radelektronik nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekenn zei chnet , dass die Auswerteeinrichtung (23) eine Abtasteinrichtung (26) aufweist, die zur Ermittlung von Abtastwerten das Messsignal (XI) abtastet, wobei die Auswertung in der Auswerteeinrichtung (23) anhand der ermittelten Abtastwerte erfolgt.
11. Radelektronik nach Anspruch 10,
dadurch gekenn zei chnet ,
dass ein Geschwindigkeitssensor vorgesehen ist, der die Geschwindigkeit des Fahrzeugrades (11) ermittelt, und dass die Abtasteinrichtung (26) derart ausgebildet ist, dass sie eine adaptive Anpassung der Abtastzeit vornimmt, bei der das Ab¬ tasten des Messsignals (XI) abhängig von der ermittelten Geschwindigkeit des Fahrzeugrades (11) erfolgt.
12. Radelektronik nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekenn zei chnet ,
dass die Auswerteeinrichtung (23) aufweist:
eine Filtereinrichtung (27) zur Filterung des Messsignals (XI) aufweist, insbesondere eine Filtereinrichtung (27) mit konstanter, linearer Phasenverschiebung, z.B. ein Bes- selfilter und/oder
eine Phasenverschiebeeinrichtung (28) aufweist, die eine durch ein Filtern des Messsignals (XI) erzeugte Phasenver¬ schiebung reduziert und vorzugsweise kompensiert.
13. Radelektronik nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekenn zei chnet ,
dass zumindest ein zweiter Sensor (29) vorgesehen ist, der dazu ausgelegt ist, zweite radspezifische Parameter (X5) , wie z.B. einen aktuellen Reifendruck, das Reifenprofil, eine
Längsbeschleunigung des Fahrzeugrades (11), Querbeschleuni¬ gung des Fahrzeugrades (11), eine Reifentemperatur, zu ermit¬ teln .
14. Radelektronik nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekenn zei chnet ,
dass Mittel vorgesehen sind, welche im Sendesignal (X4) eine Information hinterlegt, welche kennzeichnet, ob eine vorgege- bene Radposition oder rotatorische Position bestimmt werden konnte oder nicht.
15. Fahrzeugrad (11), insbesondere für ein mit einer Reifen- informationsvorrichtung ausgestattetes Fahrzeug (10), welches eine Felge (20) und einen Reifen (21) aufweist, wobei das Fahrzeugrad (11) ferner mindestens eine im oder an dem Fahr¬ zeugrad (11) angeordnete Radelektronik (12) nach einem der Ansprüche 1 oder 13 aufweist.
16. Fahrzeug (10), insbesondere Personenkraftfahrzeug, mit mehreren Rädern und mit einer Reifeninformationsvorrichtung, wobei mindestens ein Fahrzeugrad (11) mit einer Radelektronik (12) nach einem der Ansprüche 1 oder 13 ausgestattet ist.
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